OBE教學理念在操作系統課程中的應用研究

袁競

關鍵詞：OBE；操作系統；教學改革

0 引言

教育部高等教育司關于一流本科課程建設的實施意見中指出，要將學生為中心、產出為導向的理念貫徹到教學實踐中，提高課程的高階性、創新性與挑戰性?；诖艘螅诶砉ゎ惖恼n程教學中采用成果或產出為導向的教育理念，即OBE模式，對于培養具備解決復雜工程問題能力的專業人才具有重要意義。OBE模式將教育過程中一切活動的組織、實施與評價都聚焦于學生學習應取得的成果進行，其強調以學生為中心，對學習成果分析后進行教學活動的反向設計與開展，使得教學重點與難點能夠得到充分解析， 從而提高課堂的教學效率。

操作系統課程是計算機學科的專業核心課程，其所涵蓋的知識范疇較為廣泛，涉及計算機硬件與軟件的基礎理論知識[1]，課程需要學生掌握的基本概念、算法原理、系統的工作流程均較為抽象，即便通過課件、視頻等方式展示給學生，亦無法降低課程較強理論性所帶來的枯燥感，學生在學習過程中容易失去學習興趣，特別是專業基礎較差、學習主觀能動性不強的學生更易放棄該門課程的學習。從專業培養體系的角度來看，操作系統課程又顯得極其重要，因此提高該課程的課堂教學效果是計算機專業教師所面臨的挑戰，OBE教學理念的引入則為其提供了改革方向。

1 OBE 教學理念概述

1.1 OBE 教學理念的內涵

OBE（Outcomes-based Education） 理念是以學習成果為導向的教育模式，最早由美國學者Spady在《基于產出的教育模式：爭議與答案》一書中提出，他認為OBE教育模式應清晰地聚焦和組織教育系統，使之圍繞確保學生在未來生活中獲得實質性成功的經驗。此后經歷了十余年的研究與發展，OBE教育模式逐漸發展為完善的教育理論體系，成為眾多發達國家教育改革的主流理念，并將其貫穿于工程教育認證標準。我國工程教育專業認證協會于2014年頒布了《工程教育認證標準》，其中將成果導向教育作為工程教育專業的實施重點。

OBE教育理念下，教育設計與教學活動實施的目標是基于學生通過教育過程最后所取得的學習成果而制定的[2]。學生的學習成果包含課程學習后需要掌握的知識、運用知識所能解決的問題以及在這個過程中學生所得到的信心提升，其本質也就對應了教學目標中知識、技能與素養三個方面。OBE教育模式包含四個操作環節：學習成果的定義、學習成果的實現、學習成果的使用以及學習成果的評價。學習成果的定義即是從學生所能達到的學習效果出發定義教學目標；學習成果的實現即是進行教學活動的實施，包含內容的設計、進度的安排、方法的選擇等；學習成果的使用則是進行應用與實踐學習成果，包括教學實驗以及企業實踐等；學習成果的評價則是結合成果的實現與使用，衡量學生最大能力的成果達成程度。從本質上講，OBE教育模式的四個環節亦對應著工科課程教學的流程步驟。

1.2 OBE 教學理念在操作系統課程中應用優勢

操作系統課程作為計算機學科的重要專業課程，其內容涵蓋操作系統的進程管理、存儲管理、設備管理、文件管理等，理論性較強，理論知識的講授是教學活動的主要內容。在傳統的教學模式中，缺乏對學生學習成果的預估、缺乏對學生學習成果的有效評價，學生在學習過程中往往難以透徹理解課程相關概念與原理，從而導致教學目標難以實現[3]。另一方面，以教學進程為導向是傳統教學方法所關注的，強調學生需要按照既定的教學計劃進行課程的學習，學生的學習結果這一目標往往被排在了第二第三位，有時甚至被忽視；傳統的操作系統課程教學強調的是知識為導向的教學模式，教師重視的是教學內容的推進與實施，學生重視的則是對課堂教學內容的整理與總結，而對于知識的運用、學生相關能力的培養往往被忽視[4]。

OBE的教學理念要求教師在教學活動開展前對學生完成課程學習時應具備的能力有清晰而明確的預判，然后依此進行教學計劃、教學內容、教學評價的制定。相較于傳統的以教學內容驅動的模式，學生的學習結果得到了重視，并成為教學活動設計與開展的驅動力。在此理念下，學生學習成果的評價亦得到了較高程度的重視，從而促使教師更好地優化教學環節與教學內容[5]。

2 OBE 教學理念在操作系統課程中的應用路徑

2.1 層次化教學內容

針對操作系統課程理論性較強，且需要輔以相關算法驗證系統工作原理及流程這樣的特點，在以學生學習結果為導向這一OBE教育理念下，對課程的內容進行優化，并層次化教學模式，將教學流程劃分為理論的引入、算法的分析以及算法的驗證三個環節。

以進程調度這一小節的內容為例，OBE教學理念下首先需要預估學生在學習這一小節內容后所能達到的最大結果：掌握常見的進程調度策略、理解進程調度算法選擇時遵從的原則以及進程調度算法之間的比較。根據對學習成果的預估進行教學內容的反向設計：導入時間片輪轉、先來先服務、短進程優先、高響應比優先等調度算法概念；引入各調度算法的公平性、響應時間、周轉時間、系統吞吐量等衡量因素的概念；講解各個衡量因素的計算公式并分析。在這一環節中，可以通過分組討論、隨堂練習等方式，鞏固學生對于理論知識的理解。第二個環節算法分析是承上啟下的步驟，用以聯系理論知識與實踐操作。傳統的操作系統課程教學中理論與實踐往往呈現出一種割裂的狀態，究其原因是缺乏了從理論到實踐的過渡，即與理論相關的策略、算法的分析過程，最終導致學生對理論的理解不透徹難以運用到實踐實驗中、課程的教學效果不佳。進程調度策略這一小節的算法分析可以結合Linux操作系統的工作流程進行，將進程調度的策略使用與具體的操作系統工作聯系起來?；贠BE的教學理念，這一環節中學生的學習成果可以定義為在理解Linux操作系統進程調度策略及算法選擇的基礎上培養其分析操作系統源碼的能力。教師可以通過小組任務、分組討論、撰寫報告的形式落實該小節的教學內容。算法驗證是建立在算法分析基礎上的實踐環節，操作系統課程盡管理論性較強，但終需通過實踐操作以驗證理論的正確性，從而鞏固學生對理論的理解與記憶。進程調度這一小節的算法驗證首先可以由學生通過命令在Linux的終端觀察操作系統的進程工作情況，然后利用編程語言實現一個簡單的調度策略。在這一過程中，通過終端觀察得到進程工作的驗證情況是學習的首要成果，其次則是通過調度策略的實現提高學生的實踐能力。

2.2 混合運用教學方法

結合教學內容的優化設計，OBE理念下的教學方式方法也需要做出相應調整。首先在教學活動的實施上需要突出學生的主體地位，通過講授、自學以及助學的方式進行。在基礎理論引入的過程中，有意識地縮短教師重復講授、知識反復填鴨的時長，擴充算法驗證的時間，給予學生更多的主動權與操作實踐，同時在算法分析的環節通過提供參考材料、課件輔助的方式提升學生的主觀能動性，加大學生在該環節自學的時長，從而促使學生更為主動地投入到課堂教學活動中。

在講授和自學的過程中可以采用多元化的教學方法進行，豐富課堂的教學形式。在進程概念的引入一節中可以采用問題驅動的教學方法，提出“什么是程序，什么是進程，兩者區別有哪些？”這一問題，要求學生帶著問題通過網絡查閱相關資料進行自主學習，然后以小組討論的形式進行分析與匯總，最終提交小組討論結果并由教師進行總結評價。問題驅動法需要圍繞課堂內容的重點提前準備相關問題，并根據問題的難易程度以學生個體自學或小組學習的形式組織開展。在進程調度策略選擇這一小節中可以采用情景模擬的方法進行：CPU對進程的處理好比食堂僅有唯一的打菜窗口，先來先處理的方式就是最常見的所有人排列成一隊進行等候；短進程優先的方式則是按照打菜量的多少進行分組，兩個菜、三個菜、四個菜的各站一隊，優先給打菜少的隊伍服務；時間片輪轉的方式則相當于大家站成一隊，打菜窗口移動服務，一次為每人僅打一個菜，個人需求的菜滿即退出隊伍。情景模擬的方式通過學生較為熟悉的場景模擬使其較容易理解系統的工作原理，并區分不同工作策略之間的優劣、選擇時應優先考慮的問題等。在講解死鎖知識點時可以使用任務驅動的方式進行，布置相關任務：1） 尋找死鎖產生的原因和死鎖發生時必然存在的條件；2） 尋找避免死鎖的方法。任務驅動的方式將課程內容分解成若干任務，由學生通過分組協作、資料查閱的方式進行任務的解決，從而提高其自主學習的能力。

除了講授和自學外，還可以通過助學的方式幫助學生解答學習中的困惑。助學主要幫助學生解答在算法驗證的操作環節中的疑難問題，以及在課后進行課程內容復習鞏固時遇到的尚未理解透徹的知識點。

2.3 多元化的過程性考核

考核是課程教學的最終環節，亦是檢測學生學習結果的主要方式。傳統的教學模式下考核方式較為單一，主要以平時作業與最終的期末考試進行成績的衡量，其中考試成績是主要組成部分。傳統的考核方式往往忽略學生的學習過程與學習表現，更容易忽視學生的個體情況，例如作業與考試中常有投機取巧的學生存在，考試中也會存在學生因為某些原因發揮失常。OBE理念下所注重的學習結果映射在操作系統課程的教學中則體現為學生通過課程學習所獲得的能力，其包括對理論知識的理解能力、解決問題的動手能力、小組內部的協作能力等。因此在OBE理念下的課程考核需要教師摒棄傳統的紙質化筆試考核方式，通過多樣化的方式對學生的整個學習過程進行學習結果的檢測，通過非筆試的方式對學生的能力提升進行考核。

針對操作系統課程的特點以及教學過程中理論的引入、算法的分析以及算法的驗證三個環節，可以將OBE理念下課程的評價劃分為兩部分：理論、實驗，兩部分中的具體能力考核點如表1所示。

理論知識點是理論環節考核的主要內容，其OBE 理念下的結果聚焦于學生的識記、理解、表達的能力，考核的方式可以采用教學過程考核與傳統終結性考核相結合的方式進行。教學過程考核可以采用隨堂提問、章節測驗、在線教學平臺的任務等形式，將理論知識點融入具體情境的問題中，從而考核學生的理解與表達能力；傳統的終結性考核則可以以名詞辨析的形式，要求學生對概念或意義相近、易混淆的內容進行解釋，直接考查學生識記能力。實驗考核的部分主要在算法仿真驗證以及實驗環節進行，OBE理念下的結果聚焦于學生的動手、協作、交際以及創新能力，基于實驗操作自身的特性以及實驗結果的單一性，其考核的方式主要采用過程性考核。動手能力的考核主要以仿真操作和實驗操作的結果為主，教師可以在操作任務中設置多個分步驟結果的考核點，以記錄成績；協作能力與交際能力主要考核學生在小組任務協作完成的過程中，與小組其他成員之間的合作情況，可以采用組員互評的方式進行；創新能力的考核則考查學生在實驗操作過程是否能夠將理論知識融會貫通，提出更簡潔、更優化的實驗方案，從而更快捷地得到實驗結果。理論環節與實驗環節中各個部分的能力考核，最終按照比例匯總計算得到兩個環節的綜合評價得分，課程的最后評價總分則由教師視教學情況、學生能力情況，劃分理論與操作兩部分的比重計算得到。

3 結束語

OBE教學理念是基于傳統教學模式的一種創新改革，教學內容的分層優化、教學方法的混合應用以及教學評價體系的優化設置對實際的教學過程有著提高效果。在操作系統課程的教學過程中，筆者對計算機專業的兩個平行班進行了對比教學。盡管在實踐的初期，學生有一定的抵觸情緒、教學的推進有一定的困難，但經過一段時間的教學，采用OBE教學理念的班級在學習氛圍、學習動力以及最終的考核中均有明顯改善。操作系統課程是一門較為偏重理論的專業課，對于大部分工科課程而言理論與操作是并重的，將OBE理念引入操作系統課程的教學是初步嘗試，在其他專業課中進行推廣應用是未來需要進一步探索的。